JP4059516B1 - 電磁波測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の周波数を使用して広範囲の深度の探査をし、測定点のアンテナ方位と伏角、位置情報等も同時に記録することによって、幅広い深度の探査と測定作業の効率化が出来る電磁波測定システムを提供する。
【解決手段】地下からの２次磁場情報を取得するための電磁波測定器Ａと、電磁波測定器からの送信データを受信し記憶するデータ処理装置Ｂとを備え、調査対象エリア外からの異なる複数の周波数の１次磁場によって引き起こされる地下の電磁誘導作用を利用し、電磁波測定器を調査対象エリア内において移動させることで、該調査対象エリア内の２次磁場情報を異なる周波数ごとに取得すると共に、電磁波測定器に備えられたＧＰＳナビゲーションシステムによって測定点の位置情報を取得し、それらの取得した２次磁場情報及び測定点の位置情報を、電磁波測定器から送信してデータ処理装置によって受信することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電磁波を受動的に受信して、１次磁場に対する２次磁場を利用して地下構造の探査に用いる電磁波測定システムに関し、特に、調査対象エリア外からの異なる複数の周波数の１次磁場によって引き起こされる地下の電磁誘導作用を利用して、調査対象エリア内の２次磁場情報を異なる周波数ごとに取得することができるパッシブ型多周波数測定用電磁波測定システムに関する。

従来、地下探査の方法として、潜水艦通信用に使用されている超長波であるＶＬＦ（Very Low Frequency）を受動的に受信して利用するＶＬＦ電磁探査法がある。ＶＬＦ電磁探査法は、所定の周波数の電磁波（ＶＬＦ波）を発信する送信源から所定の距離にある受信機を備えた電磁探査装置を用いて地下の比抵抗を解析している。このような電磁探査装置に用いられる受信機は、互いに直交する直交アンテナを有している。
このような従来の電磁探査装置を用いた探査方法においては、先ず、受信アンテナが送信源に対して最大結合となるように、直交アンテナの１次磁場測定用アンテナを水平にして、測定点と信号源とを結ぶ線の直交方向に合致するよう方位を調整し、２次磁場測定用アンテナを鉛直方向に保持する。その後、それぞれのアンテナについて利用電磁波の周波数の相成分を測定し、１次磁場強度で正規化した２次磁場強度を求め、１次磁場と２次磁場との強度比の場所による変化から、相対的な比抵抗の大きさを探査していた。
このような従来の電磁探査装置による探査法では、受信機を移動した後、測定の都度所定の姿勢を保つようにしなければならず、作業効率の低下をもたらしていた。
このため、上記のような測定の煩雑さ解消のため、特許文献１には、受信アンテナを互いに直交する３方向に設け誘導される３方向の成分について所定の周波数信号処理を行う電磁探査方法が開示されている。
特開２００４−２９４２９７号公報

しかし、上記特許文献１に記載の電磁探査方法は、電磁波の周波数にＶＬＦ帯域の中から１種の周波数を使用するため電磁波周波数によって探査可能な深度が異なり、探査出来る深度は電磁波の周波数に依存するという問題があった。
また、３方向のアンテナを有することから測定者が持ち運びする受信機は大型化であり、測定点の経度や緯度、高度の記録も煩雑であった。
さらに、利用可能な電磁波の周波数が限定され、深度方向の比抵抗変化に対する探査精度は低いという問題もあった。
さらに、通常のＶＬＦ電磁場法で分析した場合、電磁波が侵入した深度までの地表から２００ｍ深度までの全ての大地応答を均質一様の大地解析がなされ、深度による差が厳密に定義解析できないという問題もあった。
そこで、本発明は、電磁波の周波数によって探査可能な深度が異なることを利用して、
複数の周波数を使用して広範囲の深度の探査をし、測定点のアンテナ方位と伏角、位置情報等も同時に記録することによって、幅広い深度の探査と測定作業の効率化ができる電磁波測定システムを提供することを目的とする。

本発明の電磁波測定システムは、
地下からの２次磁場情報を取得するための電磁波測定器と、
該電磁波測定器からの送信データを受信し記憶するデータ処理装置と、
を備えた電磁波測定システムであって、
該電磁波測定器は、
平面波と仮定できるほど遠方にあってそれぞれ異なる周波数を発信する複数の送信源からの１次磁場の電磁誘導作用によって引き起こされる地下からの２次磁場の電磁波を受信する受信アンテナと、
該受信アンテナによって受信した電磁波を増幅する増幅部と、
電磁波の強さを出力する電磁波強度出力部と、を有し、
前記電磁波測定器を測定線に沿って移動させて、
前記複数の送信源によって引き起こされる地下からの２次磁場の電磁波を周波数切替部によって前記異なる周波数ごとに切り替えて受信し、
測定点ごとに異なる周波数の２次磁場情報を取得し、
前記電磁波測定器に備えられたＧＰＳナビゲーションシステムによって測定点の位置情報を取得し、
それらの取得した２次磁場情報及び測定点の位置情報を、前記電磁波測定器から送信して前記データ処理装置によって受信させるとともに、
さらに、前記電磁波測定器は、記録ボタンと角度取得機構と、を備え、
該記録ボタンによって測定点の電磁波強度及び受信周波数の測定データを記録するとともに、
該測定点での前記受信アンテナの向きと前記ＧＰＳナビゲーションシステムによって規定される絶対方位とのなす角度をアンテナ方位角とし、
前記受信アンテナの傾きと水平線とのなす角度をアンテナ伏角とし、
これらのアンテナ方位角及びアンテナ伏角を前記角度取得機構に記憶させ、
該測定データ、アンテナ方位角及びアンテナ伏角を、併せて送信して前記データ処理装置によって受信させることを特徴とする。

本発明の電磁波測定システムは、電磁波を受動的に受信して、１次磁場に対する２次磁場を利用して地下構造の探査に用いることにより、調査対象エリア外からの異なる複数の周波数の１次磁場によって引き起こされる地下の電磁誘導作用を利用し、調査対象エリア内の２次磁場情報を異なる周波数ごとに取得し、異なる周波数ごとに処理することで、調査対象エリアの地下の３次元的な電気的特性分布に基づく３次元地質構造モデルを構築することができる。

本発明は、自己発信しない受動型の電磁波測定システムにおいて、ラジオ波長域から電波時計のＪＪＹ標準電波、さらに低周波のＶＬＦ波長域周波数ＥＬＦ波長以下の極低周波帯域までの複数の周波数の電磁波を利用した、浅層域から深層域までの地層解析を可能にするパッシブ型多周波数測定用電磁波測定システムに関する。
本発明の電磁波測定システムを用いる地下の電磁波測定においては、電磁波測定器を測定線に沿って移動させて、平面波と仮定できるほど遠方にある送信源から発信された１次磁場が地中に侵入し、地下に発生する２次磁場の電磁波強度を測定する。

一般に、電磁波が導電性媒質と見なされる地下に侵入した場合、地下に発生する２次磁場（侵入波）は、その電磁波強度や位相差、磁場の伏角、他にも様々な値として計測され、これらの値を用いて地下の比抵抗を求めることができるが、侵入波の強度は発信電磁波の入射時の強度よりも減衰することから、図１に示すような探査可能深度を示す物理探査の深度算出式（７０）が得られている。この式（７０）より、電磁波は侵入波の周波数（ｆ）が低いほど探査可能な深度は深くなり、探査場所（測定点）の地下の比抵抗値（ρ）が高いほど探査可能深度が深くなる特性をもっていることが分かる。

図２は、２種以上の異なる周波数電磁波による地下の層状解析についての概略説明図である。図２に示すように、短い波長を使用する電磁波発信源１ａから発信される短波長電磁波２ａは波長が短いため浅層の探査を行うことができ、この場合の測定は短波長に同調させた受信アンテナ３を用いて２次電磁波６０ａを受信する。
一方、長い波長を使用する電磁波発信源１ｂから発信される長波長電磁波２ｂは波長が長いため深層の探査を行うことができ、この場合の測定は長波長に同調させた受信アンテナ３を用いて２次電磁波６０ｂを受信する。本発明では、１の測定点において、探査しようとする深さに応じて、受信する２次電磁波を切り替えて２次電磁波の強さを測定する。
用いる２次電磁波の周波数としては、例えば、
浅層域（深さ２０ｍまで）用として１０００ｋｈｚ〜２００ｋｈｚ、
中層域（深さ５０ｍまで）用として２００ｋｈｚ〜６０ｋｈｚ、
深層域（深さ２００ｍまで）用として６０ｋｈｚ〜１ｋｈｚ、
のものが適用でき、周波数切替部において受信周波数を切り替えて用いる。
なお、周波数切替部においてはこの中の特定周波数に固定して（例えば、２００ｋＨｚ、６０ｋＨｚ、１０ｋＨｚ）、２次電磁波を受信できるようにしてもよい。
ここで、比抵抗値は、地層の種類（例えば、ローム層、粘度層、砂層など）によってその値が知られており、一般に低周波数の電磁波ほど深部へ侵入することが知られており、前述した式（７０）に既知の値を代入すれば侵入深度を算出することができる。

以下、図面を用いて、本発明の電磁波測定システムについての実施の形態を詳しく説明する。図３は、本発明の電磁波測定システムの一実施の形態を示す斜視図であり、図４は、その構成を示すブロック図である。図３、図４に示すように、電磁波測定システムは、電磁波測定器Ａとデータ処理装置Ｂとからなり、電磁波測定器Ａは、電磁波発信源１から発信された電磁波２を受信する受信アンテナ３と、受信アンテナ３によって受信した電磁波２を増幅する増幅部１０と、電磁波の強さを出力する電磁波強度出力部６０（メーター４及びイヤホン１２）を備える。
また、電磁波測定器Ａには、アンテナ３の向きを変更できるアンテナ向き調整操作部２１が備えられており、測定者２０は、増幅装置１０を介して電磁波強度出力部６０に出力されたメーター４の表示とイヤホン１２の音を観測しながら、手動又は自動でアンテナ３の向きを電磁波強さが強い向きに合わせ、アンテナ３の向きの調整を完了した時点で記録ボタン６を押し下げて測定点の電磁波強度及び受信周波数などの測定データを記録する。
測定者２０によって記録ボタン６が押し下げられると、その時点でのアンテナ３のアンテナ方位角３２及びアンテナ伏角４２を角度取得機構７が取得し記憶するとともに、その測定点の緯度、経度などの測定点位置情報を、電磁波測定器Ａに備えられたＧＰＳアンテナ８及びＧＰＳ装置９を備えたＧＰＳナビゲーションシステムが取得し記憶する。

また、測定者２０は、測定点ごとに異なる周波数を受信するように周波数切替部２４を切り替えするが、このとき予め設定した複数の周波数を周波数切替部２４に記憶させておき、電磁波情報を短時間で取得できるようにすることが好ましい。なお、電磁波発信源１は潜水艦探知や時報等の送信所からの電磁波を指すが、本発明において電磁波測定に用いる周波数はＶＬＦ帯域に限定するものではない。
測定者２０の記録ボタン６の押し下げをトリガーにして記録されたデータ（測定点の電磁波強度、受信周波数、経度・緯度、アンテナ方位角、アンテナ伏角）をデータ送信部１１内のメモリーに一次的に記憶させる。

データ処理装置Ｂは、電磁波測定器Ａに備えられたデータ送信部１１からの伝送データをデータ受信部１４によって受信し、インターフェース１５を介して記録部１６に記録する。なお、このデータ処理装置Ｂについては、その詳細を後述する。

図５は、アンテナ方位角３２を取得するための概略説明図である。図５に示すように、電磁波測定器Ａに備えられたアンテナ３のアンテナ方位角３２とは、アンテナ向き３０と方位基準のＧＰＳ方位３１とのなす角度をいう。
ここでアンテナ向き３０とは、ＡＭラジオなどに用いられている導線をコイル状に巻回したバーアンテナを例にとれば、電磁波の強さが強い方向に同調した測定時のアンテナ長手方向を含む鉛直面Ｖに対する直角方向をいい、
ここで、ＧＰＳ方位３１とは、ＧＰＳナビゲーションシステムによって規定される絶対方位をいう。

図６は、アンテナ伏角４２の定義を説明するための概略説明図である。図６に示すように、アンテナ伏角４２は、バーアンテナを例にとれば、アンテナ長手方向を含む鉛直面Ｖにおける、アンテナの長手方向であるアンテナ傾き４０と水準器を基礎とする水平線４１との角度差をいう。アンテナ伏角４２を取得するには鉛直方向との角度差を求めることができる伏角センサーなどが適用でき、角度取得機構７はこの伏角センサーによって取得した角度データを取得するようになっている。

図７は、本実施の形態の電磁波測定器Ａにおけるアンテナ伏角の取得方法について示す概略説明図である。図７で示すように、アンテナ伏角４２は、アンテナ３を水平にした時の鉛直位置５０（図７（ａ））と、電磁波強度出力部６０により２次磁場の最大磁場強度を観測した時点（図７（ｂ））でのアンテナ傾き４０とのなす角度を表す。本実施の形態においては、アンテナ傾き４０は、バーアンテナの下方に一体化形成した扇状角度表示板の要を中心として垂下させた鉛直方向指示針５２によって示すようにしており、鉛直位置５０と、扇状角度表示板の縁部に表示した角度目盛位置５１とのなす角度を、角度センサーなどによって測定し角度取得機構７が取得するようにしている。角度取得機構７は、取得したアンテナ方位角３２及びアンテナ伏角４２の情報を伝送データ１３として、適宜、例えば測定を終了した時点でデータ送信部１１を介して無線又は有線によってデータ処理装置Ｂのデータ受信部１４に送信する。

データ処理装置Ｂは、電磁波測定器Ａのデータ送信部１１に一時的に記録されたデータ（測定点の電磁波強度、受信周波数、経度・緯度、アンテナ方位角、アンテナ伏角など）を伝送データ１３としてデータ受信部１４によって受信し、インターフェース１５を介して記録部１６に記録する。

また、データ処理装置Ｂは、ＧＰＳ装置９によって記録された測定点の位置情報（経度、緯度）から、数値地図２２に基づきその測定点の高度情報を演算処理し、伝送データ１３と合わせて記録部１６に計測データ２３として格納する。ここで数値地図２２とは、経度や緯度を入力するとその地点の高度情報が出力される立体地図情報をいう。例えば、カシミール（ソフト名、商標）などが適用でき、測定点の３次元情報が得られ、地下の立体的な情報を得ることが出来る。

本発明の電磁波測定システムは、電磁波の周波数によって探査可能な深度が異なることを利用して、複数の周波数を使用して広範囲の深度の探査をし、測定点のアンテナ方位と伏角、位置情報等も同時に記録することによって、幅広い深度の探査と測定作業の効率化ができ、産業上の利用可能性が高い。

探査可能深度を示す物理探査の深度算出式である。 ２種以上の異なる周波数電磁波による地下の層状解析についての概略説明図である。 本発明の電磁波測定システムの一実施の形態を示す斜視図である。 本発明の電磁波測定システムの一実施の形態の構成を示すブロック図である。 アンテナ方位角を取得するための概略説明図である。 アンテナ伏角の定義を説明するための概略説明図である。 本実施の形態の電磁波測定器におけるアンテナ伏角の取得方法について示す概略説明図である。

符号の説明

Ａ：電磁波測定器
Ｂ：データ処理装置
１：電磁波発信源
２：電磁波
３：受信アンテナ
４：電磁波強度出力部（メーター）
６：記録ボタン
７：角度取得機構
８：ＧＰＳアンテナ
９：ＧＰＳ装置
１０：増幅部
１１：データ送信部
１２：電磁波強度出力部
１３：伝送データ
１４：データ受信部
１５：インターフェース
１６：記録部
２０：測定者
２１：アンテナ向き調整操作部
２２：数値地図
２３：計測データ
２４：周波数切替部
３０：アンテナ向き
３１：ＧＰＳ方位
３２：アンテナ方位角
４０：アンテナ傾き
４１：水平線
４２：アンテナ伏角
５０：鉛直位置
５１：角度目盛位置
５２：鉛直方向指示針
１ｂ：長い波長を使用する電磁波発信源
２ａ：短波長電磁波
２ｂ：長波長電磁波
６０：電磁波強度出力部
６０ａ：２次電磁波
６０ｂ：２次電磁波
７０：算出式
Ｖ：鉛直面

Claims (1)

1. 地下からの２次磁場情報を取得するための電磁波測定器と、
   該電磁波測定器からの送信データを受信し記憶するデータ処理装置と、
   を備えた電磁波測定システムであって、
   該電磁波測定器は、
   平面波と仮定できるほど遠方にあってそれぞれ異なる周波数を発信する複数の送信源からの１次磁場の電磁誘導作用によって引き起こされる地下からの２次磁場の電磁波を受信する受信アンテナと、
   該受信アンテナによって受信した電磁波を増幅する増幅部と、
   電磁波の強さを出力する電磁波強度出力部と、を有し、
   前記電磁波測定器を測定線に沿って移動させて、
   前記複数の送信源によって引き起こされる地下からの２次磁場の電磁波を周波数切替部によって前記異なる周波数ごとに切り替えて受信し、
   測定点ごとに異なる周波数の２次磁場情報を取得し、
   前記電磁波測定器に備えられたＧＰＳナビゲーションシステムによって測定点の位置情報を取得し、
   それらの取得した２次磁場情報及び測定点の位置情報を、前記電磁波測定器から送信して前記データ処理装置によって受信させるとともに、
   さらに、前記電磁波測定器は、記録ボタンと角度取得機構と、を備え、
   該記録ボタンによって測定点の電磁波強度及び受信周波数の測定データを記録するとともに、
   該測定点での前記受信アンテナの向きと前記ＧＰＳナビゲーションシステムによって規定される絶対方位とのなす角度をアンテナ方位角とし、
   前記受信アンテナの傾きと水平線とのなす角度をアンテナ伏角とし、
   これらのアンテナ方位角及びアンテナ伏角を前記角度取得機構に記憶させ、
   該測定データ、アンテナ方位角及びアンテナ伏角を、併せて送信して前記データ処理装置によって受信させることを特徴とする電磁波測定システム。